Соединения и ионы, токсичные для бактерий

Полное отсутствие в среде токсических для организма веществ является событием, по всей видимости, крайне редким. Многие вещества могут быть полезными, индифферентными или вредными в зависимости от их концентрации в среде и конкретных условий существования организма. Есть и вещества, например, соли золота, урана, ртути и др., для бактерий не только бесполезные, но и угнетающие их даже в очень низких концентрациях.

Действие токсических для бактерий соединений может быть бактериостатическим или бактерицидным.

Бактериостаз (греч. bacterion – палочка, stasis – стояние на месте) – задержка роста и размножения бактерий, вызванная действием неблагоприятных химических или физических факторов. Прекращение действия фактора приводит к возобнавлению роста и деления, хотя при длительном его воздействии может начаться гибель клеток, т.е. фактор проявляет бактерицидность (лат. caedere – убивать). Во многих случаях вещество в невысоких концентрациях обладает бактериостатическим, а в высоких бактерицидным действием. Присутствие в природных средах соединений, токсических для бактерий, приводит к уменьшению их видового разнообразия и появлению устойчивых форм.

Степень токсичности вещества для данной бактерии выражается через пороговую концентрацию, после достижения которой вещество становится бактерицидным, а также определяется его «концентрационной экспонентой» - n. После достижения пороговой концентрации токсичного вещества наблюдается полулогарифмическая зависимость степени отмирания клеток бактерий от времени, log числа погибших клеток находится в линейной зависимости от времени воздействия. Концентрационная экспонента n рассчитывается по формуле:

n = ,

где С1 – большая и С2 – меньшая концентрация вещества, А – время гибели определенной части клеток при концентрации С2, В – то же при концентрации С1.

Показатель n характеризует вещество, а не организм: n фенола 6, формальдегида и сулемы 1, этанола 9. Для фенола при n 6 разведение в 3 раза означает падение активности в 3⁶, т.е. в 729 раз. Различия в чувствительности разных бактерий к определенному веществу зависят главным образом от значений их пороговых концентраций.

Химические вещества и физические факторы используются для воздействия на микроорганизмы с целью полного обеспложивания (стерилизации) объекта (субстрата) или для уменьшения числа микроорганизмов в/на объекте.

Система мер, полностью предотвращающих проникновение микроорганизмов в макроорганизм при ранениях, хирургических вмешательствах, называется асептикой. Обезвреживание микроорганизмов в ранах при помощи химических средств (раствора йода, перекиси водорода, калия пермонганата, бриллиантового зеленого и др.) называется антисептикой (от греч. Anti – против, septicos – гнилостный). Под дезинфекцией понимают комплекс мер, направленных на уничтожение на объектах внешней среды или удаления из них патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Для дезинфекции используют химические средства неспецифического действия, применяемые для обработки помещений, оборудования и различных предметов. Дезинфекция позволяет уменьшить число патогенных микроорганизмов на объектах внешней среды.

Стерилизацией называют уничтожение всех видов и форм микроорганизмов в/на объекте.

В качестве химических средств асептики и антисептики, дезинфекции и стерилизации применяют кислоты, щелочи, окислители, хлорсодержащие препараты, органические соединения, соли тяжелых металлов, газы, галогены, красители, поверхностно-активные вещества, спирты и другие химические вещества и их смеси.

Антисептики (греч. anti – противо, septicos – гнилостный) – бактерициды, используемые в практической деятельности человека. Антисептики применяют в ветеринарии при лечении ран, в пищевой промышленности для защиты продуктов от порчи, для предохранения от гниения деревянных сооружений и т.п.

Антисептики относятся к различным группам органических и неорганических веществ. Окислители действуют на сульфгидрильные группы ферментов, окисляют активные группы белков.

Высокотоксичны для бактерий сильные окислители, многие из которых используют в качестве антисептиков. Это перекись водорода, перманганат калия, галогены, озон, оксид этилена и др. Для обеззараживания питьевой воды широко применяют озон и хлор. Хлор гидролизуется в воде с образованием хлорноватистой кислоты НОCl, которая обладает сильными бактерицидными свойствами.

Катионные антисептики – это разнообразные соединения, в молекулах которых присутствуют сильноосновные группы, связанные с липофильными участками. Уже в невысоких концентрациях эти вещества нарушают функции мембран, в частности работу мембранного АТФазного комлекса. Хлоргексидин, относящийся к этой группе веществ, находит практическое применение в ветеринарии.

Фенолы и их замещенные производные широко применяют как дезинфектанты, в меньших концентрациях – в качестве антисептиков. Препараты денатурируют белки и нарушают структуру клеточной стенки. От применения собственно фенола отказались давно вследствие его токсичности, но его производные (например, гексахлорофен, резорцин, хлорофен, тимол, салол) применяют часто.

Газы как дезинфектанты известны с глубокой древности. Двуокись серы еще в античности широко применяли для обработки складов и предохранения пищевых продуктов от порчи. Не менее широкое распространение получила дератизация двуокисью серы. Для уничтожения спор микроорганизмов при стерилизации инструментов из пластмасс применяют окиси этилена и пропилена под давлением при 30-60⁰С. Метод позволяет эффективно уничтожить большинство микроорганизмов, в том числе в тканях и жидкостях (кровь, гнойное отделяемое). Механизм действия связан со способностью окиси этилена алкилировать белки. В частности, повреждению подвергаются сульфгидрильные группы вегетативных форм и карбоксильные группы оболочек спор.

Бактериостатическим, а при высоких концентрациях бактерицидным действием обладают красители (риванол, бриллиантовая зелень, трипафлавин). Они задерживают рост бактерий за счет сродства к фосфорнокислым группам нуклепротеидов. Чувствительность различных форм бактерий к определенным красителям может существенно различаться, поэтому среды с красителями, например генцианом фиолетовым, метаниловым желтым, ализарином, оранжевым G и др., являются селективными и их используют в качестве диагностических и дифференциальных при выделении определенных бактерий.

Ионы тяжелых металлов в невысоких концентрациях стимулируют развитие тех или иных микроорганизмов, так как являются для них необходимыми микроэлементами, входящими в состав тех или иных ферментов. Стимуляцию развития микроорганизма иногда можно наблюдать и при невысоких концентрациях солей свинца, кадмия и других металлов, очевидно, не являющихся необходимыми микроэлементами. Например, кадмий в концентрации 20 частей на миллион стимулировал рост Lactobacillus acidophilus и в концентрации 5-10 частей на миллион – рост Streptococcus faecalis; хотя при концентрации 40 частей угнетал развитие обеих этих бактерий. Стимуляция метаболизма микроорганизмов невысокими концентрациями токсических соединений может объясняться так называемым эффектом Арндт-Шульца, заключающимся в том, что аккумуляция яда в нелетальных концентрациях на поверхности клетки изменяет проницаемость мембраны, нарушает её барьерные функции, что определяет свободное поступление пищи в клетку и соответственно усилением метаболизма.

Действие ионов тяжелых металлов зависит от состава среды и природы соответствующих солей. Токсичность в сильной степени зависит от того, присутствует ли металл в виде свободного иона в растворе или в составе в основном недиссоциированной соли, а также входит ли данный элемент в состав органических или неорганических комплексных соединений.

Ионы тяжёлых металлов способны соединяться с белками, нуклеотидами, коферментами, фосфолипидами, порфиринами, т.е. практически со всеми классами веществ, участвующих в метаболизме клетки. Ингибирование тяжелыми металлами активности металлоферментов может быть связано с замещением специфического катиона. Они обладают также олигодинамическим действием по отношению ко многим бактериям за счет действия положительно заряженных ионов этих металлов, абсорбирующихся отрицательно заряженной поверхностью бактерий. При этом изменяется проницаемость цитоплазматической мембраны, нарушается питание и размножение.

Спирты, или алкоголи (этанол, изопропанол и др.). как антисептики, наиболее эффективны в виде 60-70% водных растворов. Спирты осаждают белки и вымывают из клеточной стенки липиды. при правильном применении эффективны в отношении вегетативных форм большинства бактерий.Споры бактерий и грибов, а также вирусы к ним резистентны.

Галогены и галогеносодержащие препараты (препараты йода и хлора) широко применяют как дезинфектанты и антисептики. препараты взаимодействуют с гидроксильными группами белков, нарушая их структуру.

Как антисептики применяют йодосодержащие препараты – спиртовой раствор йода (5% в этаноле); йодинол (1% водный раствор содержит 0,1% йода, 0,3% калия йодида и 0,9% поливинилового спирта, замедляющего выделение йода); йодонат (водный раствор комплекса поверхностно-активного вещества с йодом); повидон-йод (комплекс йода с поливинилпирролидоном) и раствор Люголя применяют для обработки слизистых оболочек.

Как дезинфектанты применяют хлорсодержащие препараты – газообразный хлор (взаимодействуя с водой, образует хлорноватистую кислоту; в присутствии органических веществ противомикробное действие уменьшается); хлорную известь (5,25% NaClO, также образующую при растворении хлорноватистую кислоту); хлорамин Б (содержит 25-29% активного хлора; для обеззараживания питьевой воды применяют в виде таблеток, содержащих 3 мг активного хлора).

Альдегиды алкилируют сульфгидрильные, карбоксильные и аминогруппы белков и других органических соединений, вызывая гибель микроорганизмов. Альдегиды широко применяют как консерванты. Наиболее известные – формальдегид (8%) и глутаральдегид (2-2,5%) – проявляют раздражающие действие (особенно пары), ограничивающие их широкое применение.

Раствор формальдегида обладает дезинфицирующим и дезодорирующим эффектами. Применяют для мытья рук, дезинфекции. Входит в состав препаратов (формидрон, мазь формалиновая). Мыльный раствор формальдегида (лизоформ) применяют для спринцеваний в гинекологической практике, для дезинфекции рук и помещений.

Уротропин (гексаметилентетрамин) в кислой среде организма расщепляется с выделением формальдегида; последний, выделяясь с мочой, оказывает антисептическое действие. Применяют при инфекционных процессах мочевыводящих и желчевыводящих путей, кожных заболеваниях. Входит в состав комбинированных препаратов (кальцекс, уробесал).

Кислоты и щелочи применяют как антисептики. Среди кислот наиболее известны борная, бензойная, уксусная и салициловая. Применяют для лечения поражений, вызванных патогенными грибами и бактериями. Наиболее распространена салициловая кислота, применяемая в спиртовых растворах (1-2%), присыпках, мазях, пастах (например, для лечения дерматомикозов в областях, подверженных трению); оказывает также в зависимости от концентрации отвлекающее, раздражающее и кератолитическое действие. Из щелочей наиболее распространен раствор аммиака, применяемый для обработки рук хирурга (0,5% раствор).

Металлы. Антимикробный эффект основан на способности осаждать белки и другие органические соединения. В качестве антисептиков широко применяют нитрат серебра (ляпис), сульфат меди (медный купарос) и хромат ртути (мербромин). Соединение металлов (особенно свинца, мышьяка и ртути) не рекомендуют применять для дезинфекции и антисептики, поскольку они способны накапливаться в организме.

Поверхностно-активные вещества (ПВА) (этоний, роккал, циригель) оказывают бактерицидное действие за счет нарушения проницаемости ЦПМ осмотического равновесия микробной клетки, что приводит к ее гибели. ПАВ являются соединениями четвертичных аммонийных оснований и используются в основном для обработки рук.